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| Aufgabe | Durch die Zufuhr von Energie nehmen die intermolekularen Anziehungskräfte ab und die Luft verringert ihre Dichte. So entsteht eine Auftriebskraft. Wie kann ich diese beim Bau eines Heißluftballons berechnen?
Gibt es keine Formel oder etwas dergleichen?
Um die Luft zu erhitzen benötige ich eine Infrarotstrahlungsquelle, wie kann ich deren Effektivität berechnen? Welche Energiequelle wäre hierzu evt. geeignet? Welches Volumen mit welcher Temperatur an Luft brauche ich damit der Ballon eine Masse von z.B. 30g hinaufzieht?
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Es sind etwas viele Fragen auf eimal, trotzdem hoffe ich ich, dass sich jemand die Mühe macht einige mathematische Auskünfte zur Berechnung des Auftriebs etc. zu geben.
Kann ich das Prinzip von Archimedes verwenden:
Die Auftriebskraft eines Körpers in einem Medium ist genau so groß wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums.
Demnach wurde das Verdrängte Fluid bei einer Temperatur von 15°C und des Volumens [mm] 1m^3 [/mm] ca. die Masse 1,225kg besitzen, und somit ca. die Gewichtskraft 12,25 Newton. Bei 70°C jedoch 10,3 Newton deshalb würde der Ballon steigen(Das Gewicht der Hülle und des Brennstoffs unberücksichtigt!)
Vielen Dank im Voraus
Angelika
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Hallo!
Willst du selbst einen bauen?
Mit Archimedes liegst du genau richtig, und bis auf einen Einheitenfehler stimmt deine Rechnung. 10N entsprechen etwa 1g, und damit bekommst du hinterher kN und nicht N raus. Dein m³ kann bereits etwa 200g heben!
Zum erwärmen ist eine IR-Quelle eher ungeeignet, da diese eigentlich nur Oberflächen erwärmen kann, während Luft relativ kühl bleibt. Du kannst natürlich ne große Fläche bescheinen, diese wird die Luft auch erwärmen.
Berechnen kannst du da so erstmal nix, denn da sind dermaßen viele, unterschiedliche Einflüsse, das bringt nix.
Das beste wäre ein heißer Draht, an dem die Luft sich direkt erhitzen kann. Sie steigt nach oben, und neue, kalte Luft wird erwärmt. Mit nem kleinen Ventilator dran wird daraus ein Föhn!
Daraus lässt sich sicher einfacher was basteln. Berechnungen würde ich da aber auch nicht aufstellen. Einfach Strom drauf, bis das Ding abhebt!
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Hallo und Danke für den Tipp!
Ja ich will selbst einen Ballon bauen!
Das mit den Einheiten dürfte korrekt sein 1kg entspricht ca. 10Newton bzw. 1 Kilopond.
Ich wüsste aber gerne welche Materialen billig, hitzeresistent und eine geringe Dichte haben(für den Ballon), villeicht kannst du mir hier noch eine Auskunft geben?
Ich hätte bei der thermischen Quelle eher an einen Brennstoff gedacht z.B. Ethanol, Butan, Methan oder Benzine.
Auch hier ist die Dichte, und die bei einer Oxidation freiwerdende Energiemenge entscheidend.
Auch könnte durch die Photonenstrahlung ein schwarzer Ballon als schwarzer Körper wirken,(kinetische Energie der Elektronen erhöht; Temperatur des Körpers steigt) diese absorbieren und als thermische Energie wieder abstrahlen, sodass dies schon die Luft im Ballon erwärmt.
Josef Steffan formuliert die Leistung pro Oberflächeneinheit folgendermaßen: [mm] R=oT^4 [/mm] d.h R= die Leistung pro Oberflächeneinheit; o = Stefan-Konstante; T= absolute Temperatur.
Wie weit erwärmt sich jedoch der Stoff x durch Photonenabsorbation?
Nach welchem Kriterium beurteilt man wie weit sich Stoffe in der Sonne erwärmen?
Danke für Antworten
Gruß
Angelika
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hallo!
Hast recht, 1kg entspricht etwa 10N.
Mit dem Material ist das so ne Sache. Sowas wie 70°C halten eigentlich alle Kunstoffe aus, hier würde ich fast sagen, eine dünne Mülltüte ist das leichteste, was du so einfach bekommst. Wenn es etwas hitzefester sein darf, würde ich zu Polyester greifen, das benutzt man für Bratschläuche, ist aber auch schon dicker.
Alufolie reißt zu schnell.
Problematisch ist, den Ballon in Form zu bringen, ohne groß Material rein zu bringen. Vermutlich kommst du mit einem Folienschweißgerät am weitesten, mit dem kannst du die Form bestimmen. Große Ballons halten sich ja auch alleine durch die heiße Luft in Form,da gibts keine Streben.
So oder so darf das Zeugs natürlich nicht mit ner Flamme in Berührung kommen.
Bei der Wärmequelle ist ein Brennstoff sicher ne gute Idee. Gas ist ungeeignet, weil du nen schweren Druckbehälter bräuchstest, zudem ist die Regulierung nicht so einfach. feststoffe wie Esbit lassen sich ebenfalls nur schwer regulieren,außerdem endet das in einer unregelmäßigen Flamme.
Die Dichte deiner Flüssigtreibstoffe ist in etwa gleich, der BRennwert dagegen unterscheidet sich dagegen sehr. Alkohol liefert nicht so viel energie, dafür brennt er rußfrei. Andererseits, man sieht die Flamme kaum. Und: Bei der Verbrennung entsteht sehr viel Wasser, das sich schnell anden Wänden absetzt.
Ich glaube, Lampenöl wäre das beste. Das Zeugs brennt nicht von alleine, sondern nur mit Docht, ist also relativ Sicher im Umgang. Mit dem Docht kannst du die Flammengröße gut einstellen, und sie verändert sich im Nachhinein kaum.
Wie gesagt, mit der IR-Lampe bin ich skeptisch. Du hast recht, du kannst den Ballon direkt anstrahlen, dann sollte er allerdings möglichst schwarz sein.
Deine Formel wird dir nur wenig bringen. Sie gilt nur im Vakum und damit für Wärmestrahlung. (Du kannst damit die Hitze innerhalb deiner IR-Lampe berechnen). Die Wärme wird aber am Ballon durch Konvektion weitergeleitet, sowohl innen als auch außen. Sicher wirst du dem Ballon irgendwann zum Abheben bekommen, aber ich sehe kaum ne Möglichkeit, irgendwelche realistischen Berechnungen für ne IR-Lampe einfach aufzustellen.
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